JP2023135370A - Ceramic electronic component and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】 絶縁信頼性を向上させることができるセラミック電子部品およびその製造方法を提供する。【解決手段】 セラミック電子部品は、チタン酸バリウムを含む誘電体層と、内部電極層とが交互に積層された積層チップを備え、前記内部電極層は、主成分元素と、前記主成分元素よりも含有量の少ない副元素とを含み、前記誘電体層は、複数の結晶粒を備え、前記複数の結晶粒のシェル部および粒界に前記副元素が偏析する偏析部が形成されており、前記内部電極層は、前記誘電体層との界面近傍に前記副元素を高濃度で含む高濃度層を備え、前記高濃度層において、前記内部電極層が延在する方向における前記副元素の濃度の変動範囲が、前記高濃度層全体における前記副元素の平均濃度の30%以下であることを特徴とする。【選択図】 図6The present invention provides a ceramic electronic component that can improve insulation reliability and a method for manufacturing the same. SOLUTION: A ceramic electronic component includes a laminated chip in which dielectric layers containing barium titanate and internal electrode layers are alternately laminated, and the internal electrode layer includes a main component element and a layer including a main component element. The dielectric layer includes a plurality of crystal grains, and a segregation part in which the subelement is segregated is formed in a shell part and a grain boundary of the plurality of crystal grains, The internal electrode layer includes a high concentration layer containing the sub-element at a high concentration near the interface with the dielectric layer, and in the high-concentration layer, the concentration of the sub-element in the direction in which the internal electrode layer extends The variation range is 30% or less of the average concentration of the sub-element in the entire high-concentration layer. [Selection diagram] Figure 6
Description
本発明は、セラミック電子部品およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a ceramic electronic component and a method for manufacturing the same.
電子機器の小型化に伴い、電子機器に搭載される積層セラミックコンデンサなどのセラミック電子部品についても、さらなる小型化が求められている。基本特性である容量値を大きくするためには、(1)誘電体層の誘電率を大きくする、(2)容量規定面積を大きくする、(3)誘電体層を薄くする、のいずれかの手段が考えられる。誘電率と素子サイズとが既定の場合、誘電体層が薄いほど1層あたりの容量値を大きくできることに加え、誘電体層および内部電極層を薄くすることにより、既定の厚さ内に積層する数を大きくすることが可能となるため、大容量化に有利となる。 As electronic devices become smaller, ceramic electronic components such as multilayer ceramic capacitors installed in electronic devices are also required to be further miniaturized. In order to increase the capacitance value, which is a basic characteristic, it is possible to (1) increase the dielectric constant of the dielectric layer, (2) increase the capacitance defining area, or (3) make the dielectric layer thinner. There are ways to think about it. When the dielectric constant and element size are fixed, the thinner the dielectric layer is, the larger the capacitance value per layer can be. Since the number can be increased, it is advantageous for increasing capacity.
誘電体層が薄くなると、誘電体層に印加される電界強度が大きくなるため、絶縁信頼性が低下するおそれがある。セラミック電子部品において、素子の絶縁性は、誘電体の粒界およびシェルに偏析する副元素によって担保されることが多い。例えば、誘電体スラリに副元素を混ぜると、副元素の分散が不均一になり易い。副元素が過剰な部位では、リークパスが生成されて絶縁を弱める場合がある。副元素が不足する部位では、粒界およびシェルの抵抗を十分に高めることができず、所望の絶縁状態が得られない場合がある。過不足となる部位の位置はランダムに発生するため、副元素を均一に分散させることは困難であった。 As the dielectric layer becomes thinner, the electric field strength applied to the dielectric layer increases, which may reduce insulation reliability. In ceramic electronic components, the insulation properties of the element are often ensured by subelements segregated in the grain boundaries and shells of the dielectric. For example, when a subelement is mixed into a dielectric slurry, the dispersion of the subelement tends to be non-uniform. A leak path may be generated at a site where an excessive amount of the subelement is present, weakening the insulation. In regions where the subelement is insufficient, the resistance of grain boundaries and shells cannot be sufficiently increased, and a desired insulating state may not be obtained. Since the locations of excess and deficiency occur randomly, it has been difficult to uniformly disperse the subelements.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、絶縁信頼性を向上させることができるセラミック電子部品およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a ceramic electronic component that can improve insulation reliability and a method for manufacturing the same.
本発明に係るセラミック電子部品は、チタン酸バリウムを含む誘電体層と、内部電極層とが交互に積層された積層チップを備え、前記内部電極層は、主成分元素と、前記主成分元素よりも含有量の少ない副元素とを含み、前記誘電体層は、複数の結晶粒を備え、前記複数の結晶粒のシェル部および粒界に前記副元素が偏析して前記副元素の濃度が前記誘電体層全体における濃度に対して1.5倍以上となっている偏析部が形成されており、前記内部電極層は、前記誘電体層との界面近傍に、前記副元素の濃度が前記内部電極層全体における濃度に対して1.5倍以上となっている高濃度層を備え、前記高濃度層において、前記内部電極層が延在する方向における前記副元素の濃度の変動範囲が、前記高濃度層全体における前記副元素の平均濃度の30%以下であることを特徴とする。 A ceramic electronic component according to the present invention includes a laminated chip in which dielectric layers containing barium titanate and internal electrode layers are alternately laminated, and the internal electrode layer includes a main component element and a layer including a main component element. The dielectric layer includes a plurality of crystal grains, and the sub-element is segregated in shell portions and grain boundaries of the plurality of crystal grains, so that the concentration of the sub-element is as low as the concentration of the sub-element. A segregation part is formed in which the concentration of the sub-element is 1.5 times or more higher than that of the entire dielectric layer, and the internal electrode layer has a concentration of the sub-element higher than the internal electrode layer near the interface with the dielectric layer. The concentration layer has a high concentration layer that is 1.5 times or more higher than the concentration in the entire electrode layer, and in the high concentration layer, the variation range of the concentration of the sub-element in the direction in which the internal electrode layer extends is It is characterized in that the average concentration of the sub-element in the entire high-concentration layer is 30% or less.
上記セラミック電子部品の前記内部電極層の前記高濃度層以外の低濃度層において、前記内部電極層が延在する方向における前記副元素の濃度の変動範囲が、当該低濃度層全体における前記副元素の平均濃度の30%以下であってもよい。 In the low concentration layer other than the high concentration layer of the internal electrode layer of the ceramic electronic component, the variation range of the concentration of the subelement in the direction in which the internal electrode layer extends is such that the range of variation in the concentration of the subelement in the entire low concentration layer is It may be 30% or less of the average concentration of.
上記セラミック電子部品の前記誘電体層において、前記誘電体層が延在する方向における前記副元素の濃度の変動範囲が、前記誘電体層全体における前記副元素の平均濃度の30%以下であってもよい。 In the dielectric layer of the ceramic electronic component, the variation range of the concentration of the sub-element in the direction in which the dielectric layer extends is 30% or less of the average concentration of the sub-element in the entire dielectric layer. Good too.
上記セラミック電子部品において、前記内部電極層全体における前記副元素の平均濃度は、前記誘電体層全体における前記副元素の平均濃度よりも大きくてもよい。 In the above ceramic electronic component, the average concentration of the sub-element in the entire internal electrode layer may be higher than the average concentration of the sub-element in the entire dielectric layer.
上記セラミック電子部品において、前記副元素の濃度の大きさは、前記高濃度層、前記偏析部、前記低濃度層、前記誘電体層における前記偏析部以外の領域の順であってもよい。 In the above ceramic electronic component, the concentration of the sub-element may be in the order of the high concentration layer, the segregation portion, the low concentration layer, and the region other than the segregation portion of the dielectric layer.
上記セラミック電子部品において、前記高濃度層の前記副元素の濃度、前記偏析部の前記副元素の濃度、前記低濃度層の前記副元素の濃度、前記誘電体層における前記偏析部以外の領域の前記副元素の濃度のそれぞれの差異は、0.1at%以上、2at%以下であってもよい。 In the above ceramic electronic component, the concentration of the sub-element in the high concentration layer, the concentration of the sub-element in the segregated portion, the concentration of the sub-element in the low-concentration layer, and the concentration of the sub-element in the dielectric layer other than the segregated portion. The difference in concentration of each of the subelements may be 0.1 at% or more and 2 at% or less.
上記セラミック電子部品において、前記誘電体層の厚みは、1μm以下であり、前記内部電極層の厚みは、1μm以下であってもよい。 In the above ceramic electronic component, the dielectric layer may have a thickness of 1 μm or less, and the internal electrode layer may have a thickness of 1 μm or less.
上記セラミック電子部品において、前記内部電極層の前記主成分元素は、Niであってもよい。 In the above ceramic electronic component, the main component element of the internal electrode layer may be Ni.
上記セラミック電子部品において、前記副元素は、Ag、As、Au、Co、Cr、Cu、Fe、In、Ir、Mg、Mo、Os、Pd、Pt、Re、Rh、Ru、Se、Sn、Te、W、Y、Zn、およびGeの少なくとも1種であってもよい。 In the ceramic electronic component, the subelements include Ag, As, Au, Co, Cr, Cu, Fe, In, Ir, Mg, Mo, Os, Pd, Pt, Re, Rh, Ru, Se, Sn, and Te. , W, Y, Zn, and Ge.
本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、チタン酸バリウムを含む誘電体グリーンシート上に、主成分元素と前記主成分元素よりも含有量の少ない副元素とを含む内部電極パターンを形成することによって積層単位を形成する工程と、前記内部電極パターンの表面を酸素プラズマによって酸化させる工程と、複数の前記積層単位を積層することによって積層体を形成する工程と、前記積層体を焼成する工程と、を含むことを特徴とする。 A method for manufacturing a ceramic electronic component according to the present invention includes forming an internal electrode pattern containing a main component element and a subelement whose content is smaller than the main component element on a dielectric green sheet containing barium titanate. a step of oxidizing the surface of the internal electrode pattern with oxygen plasma; a step of forming a laminate by stacking a plurality of the laminate units; and a step of firing the laminate. It is characterized by including the following.
本発明によれば、絶縁信頼性を向上させることができるセラミック電子部品およびその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a ceramic electronic component that can improve insulation reliability and a method for manufacturing the same.
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100の部分断面斜視図である。図2は、図1のA-A線断面図である。図3は、図1のB-B線断面図である。図1~図3で例示するように、積層セラミックコンデンサ100は、略直方体形状を有する積層チップ10と、積層チップ10のいずれかの対向する2端面に設けられた外部電極20a,20bとを備える。なお、積層チップ10の当該2端面以外の4面のうち、積層方向の上面および下面以外の2面を側面と称する。外部電極20a,20bは、積層チップ10の積層方向の上面、下面および2側面に延在している。ただし、外部電極20a,20bは、互いに離間している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a partially sectional perspective view of a multilayer
積層チップ10は、積層構造とカバー層13とを備えている。積層構造は、誘電体層11と内部電極層12とが交互に積層された積層部分を含み、略直方体形状を有し、積層された複数の内部電極層12が、2端面に交互に露出するように形成された構造を有している。それにより、各内部電極層12は、外部電極20aと外部電極20bとに、交互に導通している。その結果、積層セラミックコンデンサ100は、複数の誘電体層11が内部電極層12を介して積層された構成を有する。また、誘電体層11と内部電極層12との積層構造において、積層方向の最外層には内部電極層12が配置され、当該積層構造の上面および下面は、カバー層13によって覆われている。カバー層13は、セラミック材料を主成分とする。例えば、カバー層13の材料は、誘電体層11とセラミック材料の主成分が同じであっても構わない。
The
積層セラミックコンデンサ100のサイズは、例えば、長さ0.25mm、幅0.125mm、高さ0.125mmであり、または長さ0.4mm、幅0.2mm、高さ0.2mm、または長さ0.6mm、幅0.3mm、高さ0.3mmであり、または長さ0.6mm、幅0.3mm、高さ0.110mmであり、または長さ1.0mm、幅0.5mm、高さ0.5mmであり、または長さ1.0mm、幅0.5mm、高さ0.1mmであり、または長さ3.2mm、幅1.6mm、高さ1.6mmであり、または長さ4.5mm、幅3.2mm、高さ2.5mmであるが、これらのサイズに限定されるものではない。
The size of the multilayer
内部電極層12は、Ni(ニッケル),Cu(銅),Sn(スズ)等の卑金属を主成分元素とする。内部電極層12の主成分元素として、Pt(白金),Pd(パラジウム),Ag(銀),Au(金)などの貴金属やこれらを含む合金を用いてもよい。内部電極層12において、主成分元素の濃度は、90at%~99.99at%程度である。内部電極層12は、主成分元素に加えて、副元素を含んでいる。副元素は、特に限定されるものではないが、例えば、Ag、As(砒素)、Au、Co(コバルト)、Cr(クロム)、Cu、Fe(鉄)、In(インジウム)、Ir(イリジウム)、Mg(マグネシウム)、Mo(モリブデン)、Os(オスミウム)、Pd、Pt、Re(レニウム)、Rh(ロジウム)、Ru(ルテニウム)、Se(セレン)、Sn、Te(テルル)、W(タングステン)、Y(イットリウム)、Zn(亜鉛)、およびGe(ゲルマニウム)の少なくとも1種である。これらの副元素は、内部電極層12に存在しつつ誘電体層11にも拡散し、積層セラミックコンデンサ100の絶縁性を高める効果を発揮する。これらの副元素のうち、Au、Co、Cr、Fe、In、Mg、Sn、Y、Znは、絶縁性を高める効果を大きく発揮する。内部電極層12の厚さは、例えば、10nm以上、1000nm以下であり、20nm以上、500nm以下であり、50nm以上、300nm以下である。内部電極層12の厚さは、積層セラミックコンデンサ100の断面をSEMで観察し、異なる10層の内部電極層12についてそれぞれ10点ずつ厚みを測定し、全測定点の平均値を導出することによって測定することができる。
The main component of the
誘電体層11は、例えば、一般式ABO3で表されるペロブスカイト構造を有するセラミック材料を主相とする。なお、当該ペロブスカイト構造は、化学量論組成から外れたABO3-αを含む。例えば、当該セラミック材料として、BaおよびTiを含んでペロブスカイト構造を有する材料を用いることができる。例えば、BaTiO3(チタン酸バリウム),ペロブスカイト構造を形成するBa1-x-yCaxSryTi1-zZrzO3(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦z≦1)等を用いることができる。
The
本実施形態において、例えば、1層あたりの誘電体層11の厚みは、0.05μm以上5μm以下であり、または0.1μm以上3μm以下であり、または0.2μm以上1μm以下である。誘電体層11の厚みは、積層セラミックコンデンサ100の断面をSEM(走査型電子顕微鏡)で観察し、異なる10層の誘電体層11についてそれぞれ10点ずつ厚みを測定し、全測定点の平均値を導出することによって測定することができる。
In this embodiment, for example, the thickness of the
図2で例示するように、外部電極20aに接続された内部電極層12と外部電極20bに接続された内部電極層12とが対向する領域は、積層セラミックコンデンサ100において電気容量を生じる領域である。そこで、当該電気容量を生じる領域を、容量領域14と称する。すなわち、容量領域14は、異なる外部電極に接続された隣接する内部電極層12同士が対向する領域である。
As illustrated in FIG. 2, the region where the
外部電極20aに接続された内部電極層12同士が、外部電極20bに接続された内部電極層12を介さずに対向する領域を、エンドマージン15と称する。また、外部電極20bに接続された内部電極層12同士が、外部電極20aに接続された内部電極層12を介さずに対向する領域も、エンドマージン15である。すなわち、エンドマージン15は、同じ外部電極に接続された内部電極層12が異なる外部電極に接続された内部電極層12を介さずに対向する領域である。エンドマージン15は、電気容量を生じない領域である。
The region where the internal electrode layers 12 connected to the
図3で例示するように、積層チップ10において、積層チップ10の2側面から内部電極層12に至るまでの領域をサイドマージン16と称する。すなわち、サイドマージン16は、上記積層構造において積層された複数の内部電極層12が2側面側に延びた端部を覆うように設けられた領域である。サイドマージン16も、電気容量を生じない領域である。なお、上述した積層チップ10に含まれる積層構造は、容量領域14とサイドマージン16とが相当する。
As illustrated in FIG. 3, in the stacked
誘電体層11は、複数の結晶粒を含んでいる。複数の結晶粒のうち少なくとも一部は、コアシェル構造を有するコアシェル粒子30である。
図4(a)で例示するように、コアシェル粒子30は、略球形状のコア部31と、コア部31を囲むように覆うシェル部32とを備えている。コア部31は、添加元素が固溶していないもしくは添加元素の固溶量が少ない結晶部分である。シェル部32は、添加元素が固溶しておりかつコア部31の添加元素濃度よりも高い添加元素濃度を有している結晶部分である。例えば、コア部31はチタン酸バリウムであり、シェル部32はチタン酸バリウムを主成分として、チタン酸バリウムに添加元素が固溶した構造を有している。添加元素の中には、内部電極層12から拡散してくる副元素も含まれる。なお、コア部31は、シェル部32よりも電気抵抗が低く、誘電率が高くなる傾向にある。シェル部32は、コア部31よりも電気抵抗が高く、誘電率が低くなる傾向にある。誘電体層11の絶縁性は、コア部31よりもシェル部32に支配される傾向にある。
As illustrated in FIG. 4A, the core-
図4(b)は、誘電体層11の模式的な断面図である。図4(b)で例示するように、誘電体層11は、主成分セラミックの複数の結晶粒17を備えている。これらの結晶粒17のうち、少なくとも一部が図4(a)で説明したコアシェル粒子30である。複数の結晶粒17の間には、結晶粒界18が形成される。
FIG. 4(b) is a schematic cross-sectional view of the
図4(c)は、誘電体層11の模式的な平面図である。図4(c)で例示するように、誘電体層11は、平面視においても、複数の結晶粒17を備えている。これらの結晶粒17のうち、少なくとも一部が図4(a)で説明したコアシェル粒子30である。複数の結晶粒17の間には、結晶粒界18が形成される。
FIG. 4C is a schematic plan view of the
内部電極層12の副元素は、結晶粒界18およびシェル部32に偏析するようになる。具体的には、副元素の偏析部が現れる。偏析部とは、副元素濃度が誘電体層11の全体における副元素濃度に対して1.5倍以上となる部分のように定義することができる。偏析部は、結晶粒界18の全体に現れることもあれば、一部に現れることもある。
The subelements of the
図5(a)は、結晶粒17と隣接する結晶粒17との結晶粒界18近傍において、STEM(走査型透過型電子顕微鏡)-EDS(エネルギー分散型X線分光法)ライン分析を行なった位置を示す図である。一例として、誘電体層11の主成分はチタン酸バリウムであり、内部電極層12の主成分元素はNiであり、内部電極層12に添加した副元素はFeである。
FIG. 5(a) shows STEM (scanning transmission electron microscopy)-EDS (energy dispersive X-ray spectroscopy) line analysis performed near the
図5(b)は、STEM-EDSライン分析の結果を表している。一点鎖線は結晶粒界18を表している。図5(b)に示すように、結晶粒17の内部では、Fe濃度およびNi濃度が低い値で略一定となっている。結晶粒界18に近づくと、Fe濃度およびNi濃度にピークが現れる。このように、結晶粒界18では、内部電極層12の主成分元素および副元素が偏析しやすくなっている。これらの濃度ピークは、所定の幅を有している。したがって、内部電極層12の主成分元素および副元素は、コアシェル粒子30のシェル部32にも偏析していると考えられる。
FIG. 5(b) shows the results of STEM-EDS line analysis. The dashed-dotted lines represent
積層セラミックコンデンサ100において、誘電体層11が薄いほど誘電体層11の1層あたりの容量値を大きくできることに加え、誘電体層11を薄くすることにより、既定の厚さ内に積層する数を大きくすることが可能となるため、大容量化に有利となる。
In the multilayer
しかしながら、誘電体層11が薄くなると,誘電体層11に印加される電界強度が大きくなるため、絶縁信頼性が低下するおそれがある。積層セラミックコンデンサ100において、素子の絶縁性は、内部電極層12から拡散してきて誘電体層11の結晶粒界18およびシェル部32に偏析する副元素によって担保されることが多い。従来手法のように焼成前の誘電体スラリに副元素を混ぜるだけでは、副元素の分散が不均一になりやすい。例えば、添加する副元素の粒子径を1nm~数10nmまで小さくすることが困難であるため、混ぜ方が不十分な場合には副元素の存在量が特定の場所に偏ってしまう。すなわち、少なくとも粒子径が数10nm以上の副元素の塊が、局所的に誘電体層11中に残るか、局所的に副元素の量が不足してしまうおそれがある。副元素が過剰な部位にはリークパスが生成し、絶縁を弱める場合がある。副元素が不足する部位では、結晶粒界18とシェル部32との間の抵抗を十分に高めることができず、所望の絶縁状態が得られない場合がある。副元素が過不足となる部位の位置はランダムに発生するため、所望の絶縁状態を得ることは困難であった。
However, as the
そこで、本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100は、原子レベルでの副元素の拡散が可能となるため、絶縁信頼性を向上させることができる構造を有している。
Therefore, the multilayer
図6(a)は、STEM-EDSライン分析を行なった位置を示す図である。図6(a)に示すように、誘電体層11と内部電極層12との界面付近において、誘電体層11から内部電極層12に向かってライン分析を行なった。図6(a)において、黒太線で示した箇所が界面に相当する。この場合において、一例として、誘電体層11の主成分はチタン酸バリウムであり、内部電極層12の主成分元素はNiであり、内部電極層12に添加した副元素はFeである。
FIG. 6(a) is a diagram showing the positions where STEM-EDS line analysis was performed. As shown in FIG. 6A, line analysis was performed from the
図6(b)は、STEM-EDSライン分析の結果を表している。一点鎖線が誘電体層11と内部電極層12との界面を表している。図6(b)に示すように、内部電極層12の内部では、Ni濃度が高い値で略一定となっており、Fe濃度が低い値で略一定となっている。誘電体層11と内部電極層12との界面に近づくと、Fe濃度にピークが現れる。このように、内部電極層12は、誘電体層11との界面近傍に、副元素を高濃度で含む高濃度層121を含む。高濃度層121は、副元素濃度が内部電極層12の全体における副元素濃度に対して1.5倍以上となっている層である。なお、副元素の濃度は、内部電極層12における主成分元素と副元素との合計に対する副元素の原子濃度である。
FIG. 6(b) shows the results of STEM-EDS line analysis. A dashed-dotted line represents the interface between the
図7で例示するように、内部電極層12は、誘電体層11との界面近傍(内部電極層12の表面から所定の厚さ範囲)に高濃度層121を備え、内部電極層12の厚み方向において2層の高濃度層121の間に、副元素濃度が低くなる低濃度層122を備える。
As illustrated in FIG. 7, the
図8は、高濃度層121の平面図において、副元素濃度を模様の濃淡で描いた図である。模様が濃いほど副元素の濃度が高いことを表し、模様が薄いほど副元素の濃度が低いことを表している。図8で例示するように、副元素濃度に分布が見られるものの、全体として副元素濃度の差異が小さくなっている。具体的には、平面視した場合の高濃度層121の全体において各位置における副元素濃度の変動範囲(内部電極層12が延在する方向における副元素濃度の変動範囲)が、高濃度層121全体における副元素の平均濃度の30%以下となっている。すなわち、副元素の平均濃度をACとした場合に、各位置の副元素の濃度がAC±30%となっている。
FIG. 8 is a plan view of the high-
高濃度層121の各位置における副元素濃度とは、各位置における高濃度層121の厚さ方向の副元素濃度の平均値である。各位置とは、例えば、1μmの間隔で離れた各位置のことである。
The subelement concentration at each position of the
平面視した場合の高濃度層121の全体において各位置における副元素濃度の変動範囲が、高濃度層121全体における副元素の平均濃度の30%以下となっていることで、全体として副元素濃度の差異を小さくすることができ、副元素が略均一に分布することになる。この構成によれば、内部電極層12から副元素が誘電体層11に対して略均一に供給されるため、誘電体層11の面方向において副元素の供給状態が略均一になる。副元素は結晶粒界18を拡散するため、結晶粒界18およびシェル部32に効率よく供給される。比較的高速な粒界拡散を利用することができるため、焼成条件の調整のみで厚さ方向における副元素濃度の均一性を確保することができる。高濃度層121が副元素のバッファとして機能するため、誘電体層11への供給量の過不足が自動的に調整される。
The variation range of the sub-element concentration at each position in the entire high-
以上のことから、誘電体層11における副元素の分散が均一化されるため、過剰な副元素に起因する局所的なリークパスの発生が抑制される。また、副元素の不足箇所の発生も抑制されるため、所望の絶縁状態が得られることになる。したがって、誘電体層11の絶縁信頼性を向上させることができる。
From the above, since the distribution of the sub-elements in the
高濃度層121における副元素濃度の分布を均一化する観点から、平面視した場合の高濃度層121の全体において各位置における副元素濃度の変動範囲が、高濃度層121全体における副元素の平均濃度の30%以下になっていることが好ましく、20%以下になっていることがさらに好ましい。
From the viewpoint of making the distribution of the subelement concentration in the
誘電体層11への副元素の供給を略均一にするためには、低濃度層122における副元素濃度も略均一になっていることが好ましい。例えば、平面視した場合の低濃度層122の全体において各位置における副元素濃度の変動範囲(内部電極層12が延在する方向における副元素濃度の変動範囲)が、低濃度層122全体における副元素の平均濃度の30%以下となっていることが好ましく、20%以下となっていることがより好ましく、10%以下となっていることがより好ましい。
In order to make the supply of the sub-element to the
誘電体層11において副元素濃度を略均一に分布させる観点から、平面視した場合の誘電体層11の全体において各位置における副元素濃度の変動範囲(誘電体層11が延在する方向における副元素濃度の変動範囲)は、誘電体層11全体における副元素濃度の平均濃度の30%以下となっていることが好ましく、20%以下となっていることがより好ましく、10%以下となっていることがより好ましい。なお、誘電体層11の各位置における副元素濃度とは、各位置における誘電体層11の厚さ方向の副元素濃度の平均値である。副元素濃度は、副元素を含む全元素に対する副元素の原子濃度として算出することができる。各位置とは、例えば、1μmの間隔で離れた各位置のことである。
From the viewpoint of substantially uniformly distributing the subelement concentration in the
内部電極層12の全体における副元素の平均濃度は、誘電体層11の全体における副元素の平均濃度よりも大きいことが好ましい。内部電極層12から誘電体層11に副元素を効率的に供給できるからである。
The average concentration of the sub-elements in the entire
副元素濃度は、高濃度層121、偏析部、低濃度層122、誘電体層11における偏析部以外の領域の順に大きいことが好ましい。内部電極層12から誘電体層11への副元素の供給を効率的に進め、且つ、絶縁に寄与する偏析部に十分な量の副元素を供給できるからである。
It is preferable that the sub-element concentration increases in the order of the
高濃度層121の副元素濃度、偏析部の副元素濃度、低濃度層122の副元素濃度、誘電体層11における偏析部以外の領域の副元素濃度のそれぞれの差異は、0.1at%以上、2at%以下であることが好ましい。差異が小さすぎると作用が不十分になり,差異が大きすぎると濃度バランスが不安定になるからである。
The difference between the subelement concentration in the
なお、誘電体層11が厚く形成されていると、内部電極層12から誘電体層11の中央部分まで副元素が十分に拡散せず、誘電体層11全体の絶縁性が十分に向上しないおそれがある。そこで、誘電体層11が薄く形成されている場合に、本実施形態の効果が顕著に発揮されることになる。例えば、誘電体層11の厚みが1μm以下である場合に、本実施形態の効果が顕著に発揮される。
Note that if the
また、サイドマージン16は、内部電極層12からの距離が大きくなってしまうため、容量領域14と比較して偏析部の体積比率が小さくなる。また、エンドマージン15では、内部電極層12の数が減ってしまうため、エンドマージン15でも、容量領域14と比較して偏析部の体積比率が小さくなる。
Further, since the distance from the
続いて、積層セラミックコンデンサ100の製造方法について説明する。図9は、積層セラミックコンデンサ100の製造方法のフローを例示する図である。
Next, a method for manufacturing the multilayer
(原料粉末作製工程)
まず、誘電体層11、カバー層13、およびサイドマージン16を形成するための原料粉末を用意する。誘電体層11、カバー層13、およびサイドマージン16に含まれるAサイト元素およびBサイト元素は、通常はABO3の粒子の焼結体の形で含まれる。BaTiO3は、ペロブスカイト構造を有する正方晶化合物であって、高い誘電率を示す。このBaTiO3は、一般的に、二酸化チタンなどのチタン原料と炭酸バリウムなどのバリウム原料とを反応させてチタン酸バリウムを合成することで得ることができる。誘電体層11、カバー層13、およびサイドマージン16の主成分セラミックの合成方法としては、従来種々の方法が知られており、例えば固相法、ゾル-ゲル法、水熱法等が知られている。本実施形態においては、これらのいずれも採用することができる。
(Raw material powder production process)
First, raw material powder for forming the
得られたセラミック粉末に、目的に応じて所定の添加元素を添加する。添加元素としては、Mg(マグネシウム)、Mn(マンガン)、V(バナジウム)、Cr、希土類元素(Y、Sm(サマリウム)、Eu(ユウロピウム)、Gd(ガドリニウム)、Tb(テルビウム)、Dy(ジスプロシウム)、Ho(ホロミウム)、Er(エルビウム)、Tm(ツリウム)およびYb(イッテルビウム))の酸化物、または、Co、Ni、Li(リチウム)、B(ホウ素)、Na(ナトリウム)K(、カリウム)もしくはSi(ケイ素)を含む酸化物、または、Co、Ni、Li、B、Na、KもしくはSiを含むガラスが挙げられる。 Predetermined additional elements are added to the obtained ceramic powder depending on the purpose. Additional elements include Mg (magnesium), Mn (manganese), V (vanadium), Cr, rare earth elements (Y, Sm (samarium), Eu (europium), Gd (gadolinium), Tb (terbium), Dy (dysprosium). ), Ho (holmium), Er (erbium), Tm (thulium) and Yb (ytterbium)), or Co, Ni, Li (lithium), B (boron), Na (sodium), K (, potassium) ) or oxides containing Si (silicon), or glasses containing Co, Ni, Li, B, Na, K, or Si.
例えば、セラミック原料粉末に添加元素を含む化合物を湿式混合し、乾燥および粉砕してセラミック材料を調製する。例えば、上記のようにして得られたセラミック材料について、必要に応じて粉砕処理して粒径を調節し、あるいは分級処理と組み合わせることで粒径を整えてもよい。以上の工程により、原料粉末が得られる。 For example, a ceramic material is prepared by wet-mixing a compound containing an additive element with a ceramic raw material powder, drying and pulverizing the mixture. For example, the ceramic material obtained as described above may be pulverized to adjust the particle size, if necessary, or may be combined with a classification process to adjust the particle size. Through the above steps, a raw material powder is obtained.
(塗工工程)
次に、原料粉末作製工程で作製された原料粉末に、ポリビニルブチラール(PVB)樹脂等のバインダと、エタノール、トルエン等の有機溶剤と、可塑剤とを加えて湿式混合する。得られたスラリを使用して、例えばダイコータ法やドクターブレード法により、基材51上に誘電体グリーンシート52を塗工して乾燥させる。基材51は、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムである。
(Coating process)
Next, a binder such as polyvinyl butyral (PVB) resin, an organic solvent such as ethanol or toluene, and a plasticizer are added to the raw material powder produced in the raw material powder production process and wet-mixed. Using the obtained slurry, a dielectric
(印刷工程)
次に、図10(a)で例示するように、誘電体グリーンシート52上に、内部電極パターン53を成膜する。内部電極パターン53には、内部電極層12の主成分元素と副元素とが含まれている。これらの主成分元素および副元素は、粉末の状態で内部電極パターン53に含まれている。図10(a)では、一例として、誘電体グリーンシート52上に4層の内部電極パターン53が所定の間隔を空けて成膜されている。内部電極パターン53が成膜された誘電体グリーンシート52を、積層単位とする。
(Printing process)
Next, as illustrated in FIG. 10(a), an
(酸化工程)
次に、内部電極パターン53の極最表面を酸素プラズマによって酸化して酸化膜56を形成する。極最表面とは、図10(b)で例示するように、表面から1nm以下の厚さ領域のことである。これによって、極最表面において、内部電極層12の主成分元素および副元素が酸化して金属酸化物となる。なお、内部電極パターン53を大気に露出させるだけでは、極最表面の全体にわたって均一に酸化することは困難である。
(oxidation process)
Next, the outermost surface of the
なお、酸素プラズマによる酸化処理に際し、プラズマのエネルギーが高すぎたり、処理時間が長すぎたりすると、極最表面よりも内部にまで酸化が進行し、焼成後の内部電極層12に電流が流れにくくなるおそれがある。そこで、適切な処理条件を設定し、電極の酸化を避けることが好ましい。
Note that during oxidation treatment using oxygen plasma, if the plasma energy is too high or the treatment time is too long, oxidation will progress to the inside rather than the outermost surface, making it difficult for current to flow through the
(積層工程)
次に、誘電体グリーンシート52を基材51から剥がしつつ、図10(c)で例示するように、積層単位を積層する。
(Lamination process)
Next, while peeling the dielectric
次に、積層単位が積層されることで得られた積層体の上下にカバーシート54を所定数だけ積層して熱圧着させ、所定チップ寸法(例えば1.0mm×0.5mm)にカットする。図10(c)の例では、点線に沿ってカットする。カバーシート54は、誘電体グリーンシート52と同様に、原料粉末作製工程で作製された原料粉末に、ポリビニルブチラール(PVB)樹脂等のバインダと、エタノール、トルエン等の有機溶剤と、可塑剤とを加えて湿式混合し、得られたスラリを使用して、ダイコータ法やドクターブレード法により、基材51上に塗工して乾燥させることで得ることができる。
Next, a predetermined number of cover sheets 54 are laminated on the upper and lower sides of the laminate obtained by laminating the laminate units, thermocompression bonded, and cut into a predetermined chip size (for example, 1.0 mm x 0.5 mm). In the example of FIG. 10(c), cutting is performed along the dotted line. Similar to the dielectric
(焼成工程)
このようにして得られたセラミック積層体を、N2雰囲気で脱バインダ処理した後に外部電極20a,20bの下地層となる金属ペーストをディップ法で塗布し、酸素分圧10-5~10-8atmの還元雰囲気中で1100~1300℃で10分~2時間焼成する。このようにして、積層セラミックコンデンサ100が得られる。
(Firing process)
After debinding the ceramic laminate thus obtained in an N 2 atmosphere, a metal paste that will become the base layer of the
(再酸化処理工程)
その後、N2ガス雰囲気中で600℃~1000℃で再酸化処理を行ってもよい。
(Re-oxidation treatment process)
Thereafter, reoxidation treatment may be performed at 600° C. to 1000° C. in an N 2 gas atmosphere.
(めっき処理工程)
その後、めっき処理により、外部電極20a,20bに、Cu,Ni,Sn等の金属コーティングを行ってもよい。
(Plating process)
Thereafter, the
本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ100の製造方法によれば、焼成工程で熱処理を行なうことで、熱拡散によって副元素が誘電体層11に供給される。内部電極パターン53の極最表面が酸化膜となっていることから、酸化物を主相とする誘電体層11も副元素が拡散しやすくなっている。したがって、位置ごとの拡散開始のタイムラグが小さくなる。一旦、副元素の拡散が開始されると、先に拡散した副元素が呼び水となり、続く副元素も拡散し易くなる。それにより、誘電体層11における副元素の分散が均一化されるため、過剰な副元素に起因する局所的なリークパスの発生が抑制される。また、副元素の不足箇所の発生も抑制されるため、所望の絶縁状態が得られることになる。したがって、誘電体層11の絶縁信頼性を向上させることができる。
According to the method for manufacturing the multilayer
なお、上記各実施形態においては、セラミック電子部品の一例として積層セラミックコンデンサについて説明したが、それに限られない。例えば、バリスタやサーミスタなどの、他の電子部品を用いてもよい。 Note that in each of the above embodiments, a multilayer ceramic capacitor has been described as an example of a ceramic electronic component, but the present invention is not limited thereto. For example, other electronic components such as varistors and thermistors may be used.
以下、実施形態に係る積層セラミックコンデンサを作製し、特性について調べた。 Hereinafter, a multilayer ceramic capacitor according to an embodiment was manufactured and its characteristics were investigated.
(実施例1)
チタン酸バリウムをセラミック成分の主成分として含む誘電体グリーンシートを準備し、その表面に導体ペーストを内部電極パターンとして印刷した。導体ペースト中の金属粉として、純Niではなく、1.0at%のFeを含む合金を用いた。この場合の濃度は、Fe/(Fe+Ni)のat%である。内部電極パターンの極最表面を酸素プラズマによって酸化させ、内部は酸化させなかった。内部電極パターンが形成された複数の誘電体グリーンシートを、あらかじめ準備したカバーシートの上に積層した。引き続き圧着、カット、外電電極用の金属ペーストの塗布、焼成を行い、積層セラミックコンデンサ素子を得た。
(Example 1)
A dielectric green sheet containing barium titanate as the main ceramic component was prepared, and a conductive paste was printed on its surface as an internal electrode pattern. As the metal powder in the conductor paste, instead of pure Ni, an alloy containing 1.0 at% Fe was used. The concentration in this case is at% of Fe/(Fe+Ni). The outermost surface of the internal electrode pattern was oxidized by oxygen plasma, but the inside was not oxidized. A plurality of dielectric green sheets on which internal electrode patterns were formed were laminated on a cover sheet prepared in advance. Subsequently, crimping, cutting, application of metal paste for external electrodes, and firing were performed to obtain a multilayer ceramic capacitor element.
得られた積層セラミックコンデンサについて、微細な結晶粒の状態を分析するため、1サンプルについて5点のSTEM-EDS分析を実施した。1μm程度の視野範囲で粒子の全景を確認した後、誘電体層と内部電極層との界面や誘電体層の結晶粒界の近傍を20nm□程度までの視野範囲で高倍率観察した。 In order to analyze the state of fine crystal grains in the obtained multilayer ceramic capacitor, STEM-EDS analysis was performed at five points on each sample. After confirming the entire view of the particles in a viewing range of about 1 μm, the interface between the dielectric layer and the internal electrode layer and the vicinity of the crystal grain boundaries of the dielectric layer were observed at high magnification in a viewing range of about 20 nm□.
誘電体層の結晶粒界近傍のSTEM-EDS像を確認したところ、結晶粒界およびその近傍(シェル部)にFeおよびNiが偏析している様子が確認された。 When checking a STEM-EDS image near the grain boundaries of the dielectric layer, it was confirmed that Fe and Ni were segregated at the grain boundaries and their vicinity (shell portions).
また、内部電極層と誘電体層との間の界面近傍のSTEM-EDS像を確認したところ、当該界面にFeが偏析している様子が確認された。また、内部電極層中に、界面近傍以外の領域にもFeが含まれている様子が確認された。内部電極層が延在する方向において副元素の濃度が内部電極層全体における濃度に対して1.5倍以上となっている高濃度層と定義されるFeの高濃度層の変動範囲は、当該高濃度層におけるFeの平均濃度に対して30%以下であった。また、内部電極層において当該高濃度層以外の低濃度層中のFe濃度の変動範囲は、当該低濃度層中のFeの平均濃度に対して30%以下であった。 Furthermore, when checking a STEM-EDS image near the interface between the internal electrode layer and the dielectric layer, it was confirmed that Fe was segregated at the interface. Furthermore, it was confirmed that Fe was contained in the internal electrode layer in areas other than the vicinity of the interface. The fluctuation range of the Fe high concentration layer, which is defined as a high concentration layer in which the concentration of the sub-element in the direction in which the internal electrode layer extends is 1.5 times or more of the concentration in the entire internal electrode layer, is as follows: The average concentration of Fe in the high concentration layer was 30% or less. Further, in the internal electrode layer, the variation range of the Fe concentration in the low concentration layer other than the high concentration layer was 30% or less with respect to the average concentration of Fe in the low concentration layer.
(実施例2)
副元素としてFeの代わりにAuを用いた。その他の条件は、実施例1と同様とした。
(Example 2)
Au was used instead of Fe as a subelement. Other conditions were the same as in Example 1.
実施例1と同様の手法で、STEM-EDS分析を実施した。誘電体層の結晶粒界近傍のSTEM-EDS像を確認したところ、粒界およびその近傍(シェル部)にAuおよびNiが偏析している様子が確認された。 STEM-EDS analysis was performed in the same manner as in Example 1. When checking the STEM-EDS image near the grain boundaries of the dielectric layer, it was confirmed that Au and Ni were segregated at the grain boundaries and their vicinity (shell parts).
また、内部電極層と誘電体層との間の界面近傍のSTEM-EDS像を確認したところ、当該界面にAuが偏析している様子が確認された。また、内部電極層中に、界面近傍以外の領域にもAuが含まれている様子が確認された。内部電極層が延在する方向においてAuの高濃度層の変動範囲は、当該高濃度層におけるAuの平均濃度に対して30%以下であった。また、内部電極層において当該高濃度層以外の低濃度層中のAu濃度の変動範囲は、当該低濃度層中のAuの平均濃度に対して30%以下であった。 Furthermore, when checking a STEM-EDS image near the interface between the internal electrode layer and the dielectric layer, it was confirmed that Au was segregated at the interface. Furthermore, it was confirmed that Au was contained in the internal electrode layer in areas other than the vicinity of the interface. The variation range of the high concentration layer of Au in the direction in which the internal electrode layer extends was 30% or less with respect to the average concentration of Au in the high concentration layer. Further, in the internal electrode layer, the variation range of the Au concentration in the low concentration layer other than the high concentration layer was 30% or less with respect to the average concentration of Au in the low concentration layer.
(実施例3)
副元素としてFeの代わりにCrを用いた。その他の条件は、実施例1と同様とした。
(Example 3)
Cr was used as a subelement instead of Fe. Other conditions were the same as in Example 1.
実施例1と同様の手法で、STEM-EDS分析を実施した。誘電体層の結晶粒界近傍のSTEM-EDS像を確認したところ、粒界およびその近傍(シェル部)にCrおよびNiが偏析している様子が確認された。 STEM-EDS analysis was performed in the same manner as in Example 1. When checking a STEM-EDS image near the grain boundaries of the dielectric layer, it was confirmed that Cr and Ni were segregated at the grain boundaries and their vicinity (shell parts).
また、内部電極層と誘電体層との間の界面近傍のSTEM-EDS像を確認したところ、当該界面にCrが偏析している様子が確認された。また、内部電極層中に、界面近傍以外の領域にもCrが含まれている様子が確認された。内部電極層が延在する方向においてCrの高濃度層の変動範囲は、当該高濃度層におけるCrの平均濃度に対して30%以下であった。また、内部電極層において当該高濃度層以外の低濃度層中のCr濃度の変動範囲は、当該低濃度層中のCrの平均濃度に対して30%以下であった。 Further, when checking a STEM-EDS image near the interface between the internal electrode layer and the dielectric layer, it was confirmed that Cr was segregated at the interface. Furthermore, it was confirmed that Cr was contained in the internal electrode layer in areas other than the vicinity of the interface. The variation range of the high concentration layer of Cr in the direction in which the internal electrode layer extends was 30% or less with respect to the average concentration of Cr in the high concentration layer. Further, in the internal electrode layer, the variation range of the Cr concentration in the low concentration layer other than the high concentration layer was 30% or less with respect to the average concentration of Cr in the low concentration layer.
(比較例1)
比較例1では、副元素を導体ペーストに添加しなかった。すなわち、純Niの導体ペーストを内部電極パターンとして印刷した。その他の条件は、実施例1と同様とした。
(Comparative example 1)
In Comparative Example 1, no subelement was added to the conductor paste. That is, pure Ni conductive paste was printed as an internal electrode pattern. Other conditions were the same as in Example 1.
(比較例2)
チタン酸バリウムをセラミック成分の主成分として含み、Feが添加された誘電体グリーンシートを準備し、その表面に導体ペーストを内部電極パターンとして印刷した。導体ペーストには純Niを用い、副元素を添加しなかった。すなわち、純Niの導体ペーストを内部電極パターンとして印刷した。誘電体グリーンシートに添加したFeの総量は、実施例1と等量になるようにした。その他の条件は、実施例1と同様とした。
(Comparative example 2)
A dielectric green sheet containing barium titanate as the main ceramic component and to which Fe was added was prepared, and a conductive paste was printed on its surface as an internal electrode pattern. Pure Ni was used for the conductor paste, and no sub-elements were added. That is, pure Ni conductive paste was printed as an internal electrode pattern. The total amount of Fe added to the dielectric green sheet was made equal to that in Example 1. Other conditions were the same as in Example 1.
実施例1と同様の手法で、STEM-EDS分析を実施した。Feは、内部電極層中では検出されなかった。 STEM-EDS analysis was performed in the same manner as in Example 1. Fe was not detected in the internal electrode layer.
内部電極層と誘電体層との間の界面近傍のSTEM-EDS像を確認したところ、当該界面のFe濃度の変動範囲は、当該界面全体におけるFeの平均濃度に対して50%程度であった。 When we checked the STEM-EDS image near the interface between the internal electrode layer and the dielectric layer, we found that the variation range of the Fe concentration at the interface was about 50% of the average concentration of Fe at the entire interface. .
(比較例3)
比較例3では、内部電極パターンの極最表面に対する酸化を行なわなかった。その他の条件は、実施例1と同様とした。
(Comparative example 3)
In Comparative Example 3, the outermost surface of the internal electrode pattern was not oxidized. Other conditions were the same as in Example 1.
実施例1と同様の手法で、STEM-EDS分析を実施した。内部電極層と誘電体層との間の界面近傍のSTEM-EDS像を確認したところ、当該界面にFeが偏析している様子が確認された。また、内部電極層中に、界面近傍以外の領域にもFeが含まれている様子が確認された。当該界面以外の内部電極層中のFe濃度の変動範囲は、当該界面以外の内部電極層中のFeの平均濃度に対して30%以下であった。しかしながら、当該界面のFe濃度の変動範囲は、当該界面におけるFeの平均濃度に対して40%程度であった。 STEM-EDS analysis was performed in the same manner as in Example 1. When checking a STEM-EDS image near the interface between the internal electrode layer and the dielectric layer, it was confirmed that Fe was segregated at the interface. Furthermore, it was confirmed that Fe was contained in the internal electrode layer in areas other than the vicinity of the interface. The variation range of the Fe concentration in the internal electrode layer other than the interface was 30% or less with respect to the average concentration of Fe in the internal electrode layer other than the interface. However, the variation range of the Fe concentration at the interface was about 40% of the average concentration of Fe at the interface.
実施例1~3および比較例1~3のそれぞれについて、125C/18VのHALT試験(加速寿命試験)のHALT試験を実施した。リーク電流が1mAを超えるまでの時間をHALT寿命(故障時間)とした。HALT寿命が比較例1のHALT寿命に対して5倍以上となっていれば非常に良好「◎」と判定し、4倍以上5倍未満となっていれば良好「〇」と判定し、4倍未満であれば不良「×」と判定した。 A 125C/18V HALT test (accelerated life test) was conducted for each of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3. The time until the leakage current exceeded 1 mA was defined as the HALT life (failure time). If the HALT life is 5 times or more than the HALT life of Comparative Example 1, it is judged as very good "◎", and if it is 4 times or more and less than 5 times, it is judged as good "○", and 4 If it was less than twice that, it was judged as defective "x".
測定結果を表1に示す。表1に示すように、比較例2では比較例1よりもHALT寿命が若干は改善したが、改善幅が軽微であった。これは、内部電極層と誘電体層との間の界面のFe濃度の変動範囲が、当該界面全体におけるFeの平均濃度に対して50%程度と大きくなったからであると考えられる。比較例3では比較例1よりHALT寿命が若干は改善したが、改善幅が軽微であった。これも、内部電極層と誘電体層との間の界面のFe濃度の変動範囲が、当該界面全体におけるFeの平均濃度に対して50%程度と大きくなったからであると考えられる。
これらに対して、実施例1~3では比較例1よりもHALT寿命が大幅に改善した。これは、内部電極層と誘電体層との間の界面のFe濃度の変動範囲が、当該界面全体におけるFeの平均濃度に対して30%以下となって小さくなったからであると考えられる。なお、実施例1,2のHALT寿命が実施例3のHALT寿命よりも向上していることから、副元素としてFeまたはAuを用いることが好ましいことがわかる。 On the other hand, in Examples 1 to 3, the HALT lifespan was significantly improved compared to Comparative Example 1. This is considered to be because the variation range of the Fe concentration at the interface between the internal electrode layer and the dielectric layer was reduced to 30% or less of the average Fe concentration at the entire interface. Note that since the HALT lifespans of Examples 1 and 2 are improved over the HALT lifespan of Example 3, it can be seen that it is preferable to use Fe or Au as the subelement.
図11は、実施例1および比較例1,2のHALT試験結果を、累積故障率として表したワイブルプロットである。横軸は、故障に至るまでの時間を示す。縦軸は、累積故障率を示す。副元素が内部電極と誘電体結晶粒界近傍の両方に均一に偏析した実施例1の状態が最も長寿命であることが確認された。次いで寿命が長いのは比較例2であるが、副元素の供給元が内部電極ではないため、その分布が不均一となり、誘電体層全体を均一に長寿命化することができなかったものと理解できる。副元素を含まない比較例1は最も短寿命であった。 FIG. 11 is a Weibull plot showing the HALT test results of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 as cumulative failure rates. The horizontal axis indicates the time until failure occurs. The vertical axis shows the cumulative failure rate. It was confirmed that the state of Example 1, in which the sub-elements were uniformly segregated both in the internal electrodes and near the dielectric grain boundaries, had the longest life. Comparative Example 2 has the second longest lifespan, but because the supply source of the subelement was not the internal electrode, its distribution was uneven and it was not possible to uniformly extend the lifespan of the entire dielectric layer. It can be understood. Comparative Example 1, which did not contain any sub-elements, had the shortest life.
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various modifications and variations can be made within the scope of the gist of the present invention as described in the claims. Changes are possible.
10 積層チップ
11 誘電体層
12 内部電極層
13 カバー層
14 容量領域
15 エンドマージン
16 サイドマージン
17 結晶粒
18 結晶粒界
20a,20b 外部電極
30 コアシェル粒子
51 基材
52 誘電体グリーンシート
53 内部電極パターン
100 積層セラミックコンデンサ
10
Claims (10)
前記内部電極層は、主成分元素と、前記主成分元素よりも含有量の少ない副元素とを含み、
前記誘電体層は、複数の結晶粒を備え、
前記複数の結晶粒のシェル部および粒界に前記副元素が偏析して前記副元素の濃度が前記誘電体層全体における濃度に対して1.5倍以上となっている偏析部が形成されており、
前記内部電極層は、前記誘電体層との界面近傍に、前記副元素の濃度が前記内部電極層全体における濃度に対して1.5倍以上となっている高濃度層を備え、
前記高濃度層において、前記内部電極層が延在する方向における前記副元素の濃度の変動範囲が、前記高濃度層全体における前記副元素の平均濃度の30%以下であることを特徴とするセラミック電子部品。 Equipped with a multilayer chip in which dielectric layers containing barium titanate and internal electrode layers are alternately stacked,
The internal electrode layer includes a main component element and a sub-element whose content is lower than that of the main component element,
The dielectric layer includes a plurality of crystal grains,
The sub-element is segregated in the shell portions and grain boundaries of the plurality of crystal grains, forming a segregated region in which the concentration of the sub-element is 1.5 times or more the concentration in the entire dielectric layer. Ori,
The internal electrode layer includes a high concentration layer near the interface with the dielectric layer, in which the concentration of the subelement is 1.5 times or more the concentration in the entire internal electrode layer,
In the high-concentration layer, a variation range of the concentration of the sub-element in the direction in which the internal electrode layer extends is 30% or less of the average concentration of the sub-element in the entire high-concentration layer. electronic components.
前記内部電極層の厚みは、1μm以下であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のセラミック電子部品。 The thickness of the dielectric layer is 1 μm or less,
The ceramic electronic component according to any one of claims 1 to 6, wherein the internal electrode layer has a thickness of 1 μm or less.
前記内部電極パターンの表面を酸素プラズマによって酸化させる工程と、
複数の前記積層単位を積層することによって積層体を形成する工程と、
前記積層体を焼成する工程と、を含むことを特徴とするセラミック電子部品の製造方法。
forming a laminated unit on a dielectric green sheet containing barium titanate by forming an internal electrode pattern containing a main component element and a subelement whose content is smaller than the main component element;
oxidizing the surface of the internal electrode pattern with oxygen plasma;
forming a laminate by stacking a plurality of the laminate units;
A method for manufacturing a ceramic electronic component, comprising the step of firing the laminate.
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